基于格子Boltzmann方法的页岩纳米多孔介质流体流动模拟

纳米多孔介质中受限流体流动机制对提高页岩油采收率、水净化等科学和工程应用至关重要。以理论方程和分子动力学模拟(MDS)结果为基础，基于格子Boltzmann方法(LBM),建立了局部表观黏度-LBM(LAV-LBM)孔隙尺度模拟模型来研究纳米多孔介质中流体流动机制，该模型通过局部表观黏度和密度分布将纳米尺度效应(滑移边界、非均质黏度/密度)代入LBM,使LBM模拟过程中无法准确表达的复杂滑移边界条件可以退化成简单易实现的无滑移边界。通过理论方程对比验证、分子模拟-LAV-LBM密度分布验证、理论方程-LAV-LBM速度分布验证结果表明，基于LAV-LBM模型可以有效模拟纳米多孔介质中流体流动规律。基于该模型，研究了纳米尺度效应、多孔介质尺寸、表面润湿性对表观渗透率和增强系数的影响规律。研究结果表明：当接触角约小于70°时，由于高/低近壁面相黏度、低/高滑移速度导致表观渗透率和增强系数减小；表观渗透率和增强系数随着接触角增大而增大，原因是边界滑移速度逐渐增大，近壁面水相黏度逐渐减小；非均质密度导致相同时间内，近壁面相流体体积流量与体相区域不同，非均质密度越强，对流动能力影响越大；孔径越大...     

专题报道北大核心CSCD

本期针对CO_2泡沫相与原油体系,基于Shan-Chen伪势格子Boltzrnann模型,耦合液-液、液-固间相互作用力与界面张力、液固润湿性之间的关系,对多孔介质通道内CO_2泡沫驱流动规律进行数值模拟,研究了雷诺数(Re)、毛细数(Ca)和壁面润湿性对非混相两相驱替流动中黏性指进的影响。随Re和Ca的增大,黏性指进显著发展,驱替效率降低;壁面润湿时,无明显指进现象,而当壁面非润湿时,黏性指进较为明显,且随非润湿性程度     

专题报道

<正>本期针对CO_2泡沫相与原油体系,基于Shan-Chen伪势格子Boltzrnann模型,耦合液-液、液-固间相互作用力与界面张力、液固润湿性之间的关系,对多孔介质通道内CO_2泡沫驱流动规律进行数值模拟,研究了雷诺数(Re)、毛细数(Ca)和壁面润湿性对非混相两相驱替流动中黏性指进的影响。随Re和Ca的增大,黏性指进显著发展,驱替效率降低;壁面润湿时,无明显指进现象,而当壁面非润湿时,黏性指进较为明显,且随非润湿性程度     

多孔介质通道内非混相驱替过程的格子Boltzmann方法模拟北大核心CSCD

针对CO_2泡沫相与原油体系,基于Shan-Chen伪势格子Boltzmann模型,耦合液-液、液-固间相互作用力与界面张力、液固润湿性之间的关系,对多孔介质通道内CO_2泡沫驱流动规律进行数值模拟,研究了雷诺数(Re)、毛细数(Ca)和壁面润湿性对非混相两相驱替流动中黏性指进的影响。实验结果表明,随Re和Ca的增大,黏性指进显著发展,驱替效率降低;壁面润湿时,无明显指进现象,而当壁面非润湿时,黏性指进较为明显,且随非润湿性程度的增加而愈发严重。在进行两相驱替流动时,需综合物性及驱替流体与固壁的润湿情况,确定驱替流体的注入条件,以提高驱替效率。     

多孔介质通道内非混相驱替过程的格子Boltzmann方法模拟

针对CO_2泡沫相与原油体系,基于Shan-Chen伪势格子Boltzmann模型,耦合液-液、液-固间相互作用力与界面张力、液固润湿性之间的关系,对多孔介质通道内CO_2泡沫驱流动规律进行数值模拟,研究了雷诺数(Re)、毛细数(Ca)和壁面润湿性对非混相两相驱替流动中黏性指进的影响。实验结果表明,随Re和Ca的增大,黏性指进显著发展,驱替效率降低;壁面润湿时,无明显指进现象,而当壁面非润湿时,黏性指进较为明显,且随非润湿性程度的增加而愈发严重。在进行两相驱替流动时,需综合物性及驱替流体与固壁的润湿情况,确定驱替流体的注入条件,以提高驱替效率。     

温度对部分水解聚丙烯酰胺溶液黏度的影响

以部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)为研究对象,利用黏度分析仪和Materials Studio软件,通过实验方法与模拟计算相结合的方法研究了HPAM溶液的黏度性质,分析了温度对HPAM溶液黏度影响的规律,并探讨了温度导致溶液黏度变化的微观机理。实验结果表明,在不发生降解的温度范围内,HPAM溶液黏度随温度的升高而降低,高温时黏度降低更严重,HPAM的耐温性能较差。分子动力学模拟结果显示,高温下HPAM分子链发生解缠结,溶液体系的流动阻力减小,导致溶液黏度降低;随温度的升高,HPAM周围水化层内水分子的密度减小,水分子对HPAM运动的阻碍作用减弱,HPAM运动阻力减小,溶液黏度降低。     

水下卧式采油树内部环空通道的流动特性分析

采油树内部环空流道模块中的环空通道具有管身多次转捩、管径多次突变的特点,导致管内幂律流体的流动特性复杂。在三维直角坐标系下建立环空通道的物理模型,采用非结构化网格和Realizable湍流模型及标准壁面函数法,用Fluent软件对管道内的流体流动进行数值模拟分析,得到流变参数对速度、表观黏度分布的影响。分析结果表明,由于管道结构复杂,速度分布出现了明显的低速区、中速区和高速区;表观黏度最大值位于管道中心,横截面上的平均表观黏度随着稠度系数的增大而增大,随着流性指数的增大而减小。     

水下卧式采油树内部环空通道的流动特性分析

采油树内部环空流道模块中的环空通道具有管身多次转捩、管径多次突变的特点,导致管内幂律流体的流动特性复杂。在三维直角坐标系下建立环空通道的物理模型,采用非结构化网格和Realizable湍流模型及标准壁面函数法,用Fluent软件对管道内的流体流动进行数值模拟分析,得到流变参数对速度、表观黏度分布的影响。分析结果表明,由于管道结构复杂,速度分布出现了明显的低速区、中速区和高速区;表观黏度最大值位于管道中心,横截面上的平均表观黏度随着稠度系数的增大而增大,随着流性指数的增大而减小。     

聚合物在多孔介质中的流变性研究

聚合物溶液的黏度是油藏方案设计、动态预测和数值模拟中最为重要的输入参数。其中,聚合物的宏观黏度与聚合物经过多孔介质后的剪切黏度具有很大差异。为了进一步完善聚合物驱设计过程中的黏度,采用室内物理模拟方法,利用岩心驱替装置系统分析了不同渗透率、不同质量浓度聚合物的剪切流变性。结果表明,聚合物经过多孔介质剪切后表观黏度均下降,随着岩心渗透率降低,黏度降解的程度增加,黏度损失率均随岩心渗透率的增大而减小。相同渗透率条件下,随着质量浓度的增加,聚合物溶液剪切后表观黏度升高。当聚合物质量浓度低时,黏度剪切降解对渗透率不敏感,随着质量浓度的增加,黏度损失率增加,黏度与剪切次数呈衰减趋势。      

配注系统管件内驱替液表观黏度变化模拟研究

三元复合驱驱替液在配注过程中受到剪切作用,当剪切达到一定程度时驱替液会发生降解,导致其黏度降低进而影响原油采收率。通过对新疆油田七东一区三元复合驱试验站的转输阶段驱替液进行管件流场模拟,分析了转输液在各管件中流动时表观黏度的变化。模拟结果表明,相同条件下,常用弯头、三通、同心变径管中的剪切速率依次增大;配注管径越小或流速越大,剪切速率就越高,表观黏度就越小。建议尽可能减少配注系统管件尤其是变径管的数量,适当增加配注管径,降低配注流速,尽可能地保持驱替液黏度,以增大波及体积来提高原油采收率。     

水对硫酸钡颗粒-气制油悬浮液的影响

针对加重材料的分散状态对油基钻井液的流变性能有较大影响,以脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸（C₁₂E₉Ac）为分散剂,BaSO₄颗粒为分散相,气制油为分散介质,探讨了水对悬浮体系中颗粒沉降稳定性和体系黏度的影响。结果表明,随着水加量的增加,可以使分散颗粒间由以排斥力为主导转化为以吸引力为主导,当水加量小于0.5%（占BaSO₄颗粒质量的百分数）时,悬浮液体系的沉降稳定性和黏度几乎不受影响,且再分散性提高;当加量为0.5%～2.5%时,水不仅可以使悬浮液体系中颗粒发生聚集,并且聚集形成的“大颗粒”也在水桥作用下连接在一起,形成复杂的网络结构;当加量大于25%时,悬浮液体系中部分颗粒已处于水相中,使颗粒的网络结构减少,导致悬浮液的黏度降低。因此,向C₁₂E₉Ac稳定的悬浮液中引入适量水,能够实现在分散稳定性和黏度几乎不发生变化的前提下,提高沉积物的再分散性,为调控油基钻井液中颗粒沉降稳定性提供了研究方法。      

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/衣康酸/丙烯酰胺缓凝剂的黏温特性

应用7400高温高压流变仪,研究了温度和压力对2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/衣康酸/丙烯酰胺(AMPS/IA/AM)缓凝剂溶液表观黏度的影响。结果表明,缓凝剂溶液对温度较敏感,压力一定时,当温度≤120℃时,缓凝剂溶液的表观黏度随温度的增加而减小;温度在120¹30℃时,缓凝剂溶液存在温敏现象,表观黏度急剧增大;温度≥130℃时,缓凝剂溶液的表观黏度随温度增加而明显降低。温度一定时,随压力增加,缓凝剂溶液的表观黏度稍有增加。实验表明AMPS/IA/AM缓凝剂的黏温特征对水泥浆的稠度、沉降稳定性和稠化时间等工程性能有重大影响,可能导致水泥浆可泵性急剧变化等问题。     

考虑混合润湿孔隙的页岩油藏表观渗透率模型

页岩油藏是典型的非常规油气资源,在国际能源供应市场上占有重要地位。由于页岩油藏复杂的孔隙结构和原油组成,使得原油在富有机质页岩中的流动具有一定的复杂性,对其流动行为仍有待进一步深入研究。基于随机模拟方法,考虑流体在混合润湿纳米孔隙中的流动特征,建立页岩油藏表观渗透率模型。结果表明：页岩油藏表观渗透率与烷烃分子结构直接相关,其影响随着孔隙半径的增大而减小;当边界滑移长度较大时,有机质的存在可以改善原油流动能力,其表观渗透率约为绝对渗透率的10倍。同时,有机质吸附导致的孔隙半径缩小和润湿反转效应对烷烃分子流动能力有显著影响,不可忽略。所建立的考虑混合润湿孔隙的页岩油藏表观渗透率模型有助于深入认识页岩油藏流体渗流机理,可为页岩油藏产能评价、动态分析及生产制度优化提供理论支撑。     

聚合物对W/O乳状液稳定性的影响规律研究

根据孤岛聚合物驱现场采出液特征,室内模拟配制了W/O乳状液,研究了聚合物对乳状液表观黏度、液滴直径及油水界面黏弹性质的影响规律.结果表明,采出液中的残留聚合物可显著提高乳状液的表观黏度,当聚合物浓度为400 mg/L时,乳状液黏度达到极大值;大于400 mg/L时,乳状液的黏度不再增大.聚合物浓度增大使W/O乳状液的水珠粒径减小、分布集中;聚合物浓度大于300 mg/L时,水珠粒径基本不变.聚合物可改变油水界面膜的流变性,增强油/水界面的黏弹性模量和复数黏度,增大界面膜的强度,增加乳状液的稳定性.以上效应导致含聚合物的采出液乳化更加稳定,破乳更加困难.     

酸压裂用纳米体膨颗粒裂缝封堵性能实验研究

酸压是储层增产的重要措施,搞清楚酸液在裂缝中的流动规律对酸压改造具有重要意义。前人的研究主要是通过物理实验来研究酸压裂缝中的酸液流动,所采用的裂缝模型与实际的裂缝有较大差别,很少考虑到裂缝的粗糙度对酸液流动的影响。因此,利用数值模拟方法,借助于fluent软件模拟了裂缝中酸液的流动,分析了裂缝壁面粗糙度对酸液流动的影响。实验结果表明:单相流和两相流在水平中轴线上流速曲线都呈现"厂"字形,在垂直中轴线上流速曲线呈现"几"字形,在单相流中,波峰处流速明显大于其他部位的流速,中轴线上的流速反而较小,相反在两相流中,中轴线上的流速是最大的;随着粗糙度的增加,酸液的驱替长度增加;在同一粗糙度下驱替长度与黏度比M并不成线性关系,当M等于6时,4种粗糙度下的酸液驱替长度都达到最小,当M小于6时,驱替长度随黏度比增加而减小,M大于6时,驱替长度又随黏度比的增加而增加,其中粗糙度λ=0.1、0.2、0.3时,在8 < M < 11之间黏度比对酸液的驱替长度影响相对较小。酸液驱替长度的增加可以增加酸蚀作用距离,形成酸蚀沟槽,从而增加裂缝的导流能力,达到酸压改造目的,在考虑到施工和成本的条件下,应该使前置液和酸液的黏度避开下降段和平台段的黏度值。      

内边界旋转的垂直井筒气液两相流型和压降梯度

井筒中泵杆的存在会对井筒内气液两相流动产生干扰,进而影响流型和压力梯度,而井筒内压力梯度的计算是油气井生产优化的重要部分。实验采用内径?88.9 mm,长7 m且含有螺杆泵的部分透明有机玻璃管,进行了不同转速的气液两相流实验 ,得到了在螺杆泵旋转时,泡状流向段塞流的转换界限 ;并与无杆的流型转换模型进行对比,得到了0 r/min、30 r/min、60 r/min、90 r/min转速下改进的流型转换模型;根据实验数据对有杆井筒内不同转速下压力梯度变化的修正,得到不同转速下的压力梯度公式 。结果表明,在液相表观速度相同的情况下,无杆井筒中更早发生泡状流向段塞流的转换;随着转速增加,流动摩擦阻力同时增大,增大幅度比较小;随着气相表观速度的提高,总压力梯度逐渐降低,压力梯度的降低速率逐渐变小。     

流动改进剂降低含水原油转相点的实验研究

为了了解流动改进剂对大庆含水原油在集输管路中流动的影响,在具有长20 m水平工作段的管道流动实验装置上,在40℃测量了流动改进剂DODE加量分别为0、150、200和250mg/L、含水率分别为30%～90%的高含水原油不同流量下的流动参数,计算出剪切速率和表观黏度.在直径76和50 mm管道内,剪切速率691/s的表现黏度～含水率关系曲线均按先上升,达到最大值后又下降的规律变化,表观黏度最大值对应的含水率即转相点含水率,转相点含水率随剪切速率降低而减小,在同一剪切速率下随流动改进剂加量增大而减小,最后基本趋于稳定不变.不加剂含水原油的转相点含水率为50%～70%,加剂250 mg/L时的稳定值在35%～45%,即流动性改进剂可使W/O原油乳状液提前转相.将实验数据用S函数进行拟合,得到了可预测加入一定量流动改进剂的含水原油转相点含水率的方程.认为流动改进剂的作用是形成O/W乳状液或拟乳状液及在管壁形成亲水膜.图5参8.     

硫离子对聚合物溶液黏弹性的影响

模拟油田含S~(2-)污水配制聚丙烯酰胺(HPAM)溶液,利用FTIR、黏度计、流变仪等研究了S~(2-)含量对HPAM分子结构及溶液黏弹性的影响。表征结果显示,S~(2-)存在下,聚合物分子主链C—C键发生断裂导致溶液黏弹性降低。实验结果表明,随S~(2-)含量的增大,聚合物溶液表观黏度下降速率增大。在实验应力范围内,S~(2-)含量不同的聚合物溶液均出现线性黏弹区,但随S~(2-)含量的增大,聚合物溶液线性黏弹区对应的复合模量逐渐降低,储能模量和损耗模量均减小。S~(2-)含量较高时,聚合物增黏效果变差。随剪切速率的增大,法向应力差逐渐增大;S~(2-)含量越高,法向应力差增幅越显著。在剪切速率为7.34 s-1下,当S~(2-)含量低于1.7 mg/L时,法向应力差保留率大于表观黏度保留率;当S~(2-)含量高于1.7 mg/L时,表观黏度保留率大于法向应力差保留率。     

胜利油田金17块稠油-水乳化特性及其对乳化驱油的影响

胜利油田金17块稠油油藏采用水驱后采出液乳化严重，地层流动能力降低，导致开发效果变差。通过乳化状态分析、黏度和流变性测试、油水界面张力测试等研究稠油和水的乳化特性，分析乳化稠油的流动特性；通过对油田常用的乳化驱油剂与W/O型乳状液再乳化形成乳状液的乳化状态、粒径、黏度和黏弹性分析，对乳化稠油再乳化特性进行了研究；分析乳化稠油再乳化机理，并对乳化驱油研究提供了思路。结果表明：乳化严重影响稠油乳状液的黏度，在油藏温度（60℃）条件下，含水率为60%的W/O型乳状液，其黏度、黏性模量和油水界面张力分别是脱水稠油的11.9倍、13.49倍和2.49倍。当含水率高于40%时，非牛顿特性变强、黏度开始呈指数式增大、黏性模量增大显著、油水界面张力迅速增大，严重制约了其在孔隙介质中的流动性。当乳化稠油与乳化驱油剂再乳化时，形成W/O/W型多重乳状液。乳状液的粒径、黏度和黏弹性随着W/O型乳状液中初始含水率的升高而增大。当初始含水率为60%时，乳化驱油剂LPA,HPF和SDS与W/O型乳状液再乳化后形成乳状液的粒径分别为91.3,40.6和27.5μm。相比于它们与脱水稠油形成的乳状液，粒径分别增大7....     

STUDIES ON THE INFLUENCING MECHANISMS .OF PORE STRUCTURES ON RESISTIVITIES

储层孔隙结构对电性的影响主要通过孔隙结构指数(m)传递.在其他条件相同、孔隙度为12.5％的条件下,当m从2.0降至1.7时,储层电阻率下降43％;当m为1.44时,储层电阻率下降值高达67.5％.压汞法实验资料分析表明,m值受岩石孔隙结构影响,中值半径减小时对应的m值减小;岩石填隙物含量越高,越容易在孔吼中形成微细毛管发育的优良导电网络,导致储层岩石整体电阻率下降.当孔隙度与含水饱和度相同时,储层电阻率随m值的减小而减小.